ES2938632T3 - Plant for the reduction of nitrogen oxides and their mixtures present in the fumes of parallel flow regenerative lime kilns - Google Patents
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Abstract
Una planta para el abatimiento de óxidos de nitrógeno y sus mezclas presentes en los humos de hornos de cal regenerativos de flujo paralelo, que comprende una primera conducción (11), que recoge los humos de combustión procedentes de la salida de los dos pozos de dicho horno (10) ; caracterizándose dicha planta porque comprende: un calentador (20) para calentar los humos que fluyen en dicho conducto (11) y suministrar humos calientes a un segundo conducto (24); un inyector (21) para inyectar una solución de amoníaco en dicho segundo conducto (24), que se mezcla con los humos que fluyen; un tercer conducto (25), que sale de dicho inyector (21), que lleva dicha solución de amoníaco y dichos humos que fluyen a un filtro (32), siendo dicho filtro (32) un filtro catalítico; y una cuarta conducción (34), aguas abajo de dicho filtro (32), que conduce los humos residuales a una chimenea (36); dicho calentador (20) calentando los humos a una temperatura superior a 150°C; inyectando dicho inyector (21) en dicho segundo conducto (24) una cantidad de solución de amoníaco inferior a 5 l/h; y comprendiendo dicho filtro catalítico (32) un tejido catalítico a base de óxido de vanadio. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)A plant for the abatement of nitrogen oxides and their mixtures present in the fumes of parallel flow regenerative lime kilns, comprising a first pipe (11), which collects the combustion fumes from the outlet of the two wells of said oven (10) ; said plant being characterized in that it comprises: a heater (20) for heating the fumes flowing in said conduit (11) and supplying hot fumes to a second conduit (24); an injector (21) for injecting an ammonia solution into said second conduit (24), which mixes with the flowing fumes; a third conduit (25), coming out of said injector (21), carrying said ammonia solution and said fumes flowing to a filter (32), said filter (32) being a catalytic filter; and a fourth pipe (34), downstream of said filter (32), which leads the residual smoke to a chimney (36); said heater (20) heating the fumes to a temperature greater than 150°C; said injector (21) injecting into said second conduit (24) an amount of ammonia solution less than 5 l/h; and said catalytic filter (32) comprising a vanadium oxide-based catalytic fabric. (Automatic translation with Google Translate, without legal value)
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Planta para la reducción de óxidos de nitrógeno y sus mezclas presentes en los humos de hornos de cal regenerativos de flujo paraleloPlant for the reduction of nitrogen oxides and their mixtures present in the fumes of parallel flow regenerative lime kilns
La presente invención se refiere a una planta para la reducción (“abatement”) de óxidos de nitrógeno (NOx) y sus mezclas presentes en los humos de hornos de cal regenerativos de flujo paralelo, y más en particular a un horno de cal regenerativo de flujo paralelo con una planta para la reducción de óxidos de nitrógeno y sus mezclas presentes en los humos de salida.The present invention refers to a plant for the reduction (“abatement”) of nitrogen oxides (NOx) and their mixtures present in the fumes of parallel flow regenerative lime kilns, and more particularly to a regenerative lime kiln of parallel flow with a plant for the reduction of nitrogen oxides and their mixtures present in the exhaust fumes.
La característica de los hornos de cal regenerativos de flujo paralelo es la de estar formados por dos cubas cilíndricas interconectadas, que trabajan en alternancia, como se describe en el documento WO 2014/090427 A1. Además, es conocido el peligro de los óxidos de nitrógeno, por lo que se busca reducir su presencia en los humos de los hornos, como se describe en el documento DE 102013016701 A1.The characteristic of parallel flow regenerative lime kilns is that they are made up of two interconnected cylindrical vats, which work alternately, as described in document WO 2014/090427 A1. In addition, the danger of nitrogen oxides is known, which is why efforts are being made to reduce their presence in furnace fumes, as described in document DE 102013016701 A1.
El objetivo de la presente invención es proporcionar una planta para la reducción de óxidos de nitrógeno y sus mezclas presentes en los humos de hornos de cal regenerativos de flujo paralelo que sea eficiente.The objective of the present invention is to provide a plant for the reduction of nitrogen oxides and their mixtures present in the fumes of parallel flow regenerative lime kilns that is efficient.
Otro objetivo es proporcionar una planta que sea sencilla de construir. Según la presente invención, los objetivos anteriores y otros más se logran mediante un horno de cal regenerativo de flujo paralelo como se reivindica en la reivindicación independiente 1.Another object is to provide a plant that is simple to build. According to the present invention, the above and other objectives are achieved by a parallel flow regenerative lime kiln as claimed in independent claim 1.
Otras características de la invención se describen en las reivindicaciones dependientes.Other features of the invention are described in the dependent claims.
Las ventajas de la presente solución frente a las soluciones de la técnica anterior son múltiples.The advantages of the present solution compared to prior art solutions are manifold.
El principio propuesto para la reducción de NOx, a diferencia de los principios conocidos de SNCR (Reducción No Catalítica Selectiva) y SCR (Reacción Catalítica Selectiva), representa una solución híbrida en la que se usan materiales catalíticos y un reactivo a base de amoníaco, que activa la reacción en el material catalítico.The principle proposed for NOx reduction, unlike the known principles of SNCR (Selective Non-Catalytic Reduction) and SCR (Selective Catalytic Reaction), represents a hybrid solution in which catalytic materials and an ammonia-based reagent are used, that activates the reaction in the catalytic material.
La presente solución puede aplicarse no sólo a nuevos hornos sino asimismo a plantas ya construidas.The present solution can be applied not only to new furnaces but also to already built plants.
El procedimiento de producción de cal no se altera en absoluto.The lime production procedure is not altered at all.
La planta de reducción de NOx modula sus propios parámetros sin condicionar lo más mínimo el procedimiento de calcinación en curso dentro del horno.The NOx reduction plant modulates its own parameters without in the least affecting the calcination process in progress inside the kiln.
Existe una ventaja competitiva para el mercado que se abre a los nuevos contextos de sostenibilidad ambiental. Se obtiene una reducción considerable de los óxidos de nitrógeno, que por término medio puede incluso superar el 65%, interviniendo sobre la temperatura de los humos y sobre la inyección de la disolución de amoníaco, y al mismo tiempo se mantienen los valores de deslizamiento de amoníaco dentro de los límites previstos por estándares ambientales.There is a competitive advantage for the market that opens up to new contexts of environmental sustainability. A considerable reduction of nitrogen oxides is obtained, which on average can even exceed 65%, acting on the temperature of the fumes and on the injection of the ammonia solution, and at the same time maintaining the slip values of ammonia within the limits provided by environmental standards.
Las características y ventajas de la presente invención se pondrán claramente de manifiesto a partir de la siguiente descripción detallada de una forma de realización práctica de la misma, ilustrada a título de ejemplo no limitativo en la ilustración de dibujos adjunta, en la que la figura 1 es una ilustración esquemática de un horno de cal regenerativo de flujo paralelo con una planta para la reducción de óxidos de nitrógeno (NOx) y sus mezclas presentes en los humos de salida, según la presente invención.The characteristics and advantages of the present invention will become clear from the following detailed description of a practical embodiment thereof, illustrated by way of non-limiting example in the attached drawing illustration, in which figure 1 is a schematic illustration of a parallel flow regenerative lime kiln with a plant for the reduction of oxides of nitrogen (NOx) and their mixtures present in the exhaust fumes, according to the present invention.
Haciendo referencia a la figura adjunta, la planta comprende, según la presente invención, un horno de cal regenerativo 10 de flujo paralelo, del que parte superiormente un conducto 11, que recoge los humos de combustión procedentes de las dos cubas.Referring to the attached figure, the plant comprises, according to the present invention, a parallel flow regenerative lime kiln 10, from which a duct 11 starts at the top, which collects the combustion fumes from the two tanks.
Situados en la salida del horno 10, en el conducto 11 se encuentran: un termómetro 12; un caudalímetro 13 para medir el caudal de los humos; y un medidor de contaminantes 14, que es capaz, en particular, de medir la concentración de NOx, COV, O2, y NH3.Located at the outlet of the furnace 10, in the conduit 11 are: a thermometer 12; a flowmeter 13 to measure the flow of the fumes; and a pollutant meter 14, which is capable, in particular, of measuring the concentration of NOx, VOC, O 2 , and NH 3 .
Aguas abajo se encuentra entonces un calentador 20 para calentar los humos que fluyen, preferentemente del tipo de combustible gaseoso.Downstream there is then a heater 20 for heating the flowing fumes, preferably of the gaseous fuel type.
A continuación, en el conducto 24 a la salida del calentador 20 se encuentra un mezclador/inyector 21 para mezclar/inyectar una disolución de amoníaco, y un termómetro 22. El inyector 21 es, por ejemplo, del tipo pulverizador. Next, in the conduit 24 at the outlet of the heater 20 there is a mixer/injector 21 for mixing/injecting an ammonia solution, and a thermometer 22. The injector 21 is, for example, of the spray type.
Los humos y la disolución de amoníaco llegan a un filtro 23 por medio de un conducto 25.The fumes and the ammonia solution reach a filter 23 through a conduit 25.
La planta comprende un tanque 30 para contener la disolución de amoníaco. Dicho tanque, según los requisitos logísticos, puede presentar un volumen preestablecido seleccionado por el usuario.The plant comprises a tank 30 to contain the ammonia solution. Said tank, according to the logistic requirements, can present a preset volume selected by the user.
El tanque 30 es seguido de un sistema (controlado por ordenador) 31 para distribuir la disolución, que se conecta al mezclador/inyector 21.The tank 30 is followed by a (computer controlled) system 31 for distributing the solution, which is connected to the mixer/injector 21.
El filtro 23 comprende un filtro de manga 32 seguido de un ventilador 33 para extraer los humos que atraviesan el filtro 32 y suministra los humos limpios de una buena parte de los contaminantes, a un conducto 34.The filter 23 comprises a bag filter 32 followed by a fan 33 to extract the fumes that pass through the filter 32 and supplies the fumes, cleaned of a large part of the contaminants, to a duct 34.
Situado en este conducto 34, aguas abajo del filtro 23, se encuentra un medidor de contaminantes 35, que es capaz, en particular, de medir la concentración de NOx, O2, y NH3.Located in this conduit 34, downstream of the filter 23, is a pollutant meter 35, which is capable, in particular, of measuring the concentration of NOx, O 2 , and NH 3 .
A continuación, los humos se envían a un cañón de chimenea 36.The fumes are then sent to a chimney flue 36.
Un sistema informático 40 que incluye un ordenador 41 y una interfaz electrónica 42 puede leer los datos de los sensores, procesar la información recibida, y controlar los dispositivos dentro de la planta.A computer system 40 including a computer 41 and an electronic interface 42 can read data from the sensors, process the received information, and control devices within the plant.
El sistema informático 40 de gestión de la planta de reducción de NOx está perfectamente integrado con el software de gestión del horno para recibir cualquier información sobre el comportamiento del horno que pueda tener y tiene consecuencias en el procedimiento de reducción de NOx, incluyendo alarmas y paradas del horno. El sistema informático 40 recibe las mediciones realizadas por el termómetro 12, el caudalímetro de humos 13, el medidor de contaminantes 14, el termómetro 22, y el medidor de contaminantes 35.The NOx reduction plant management computer system 40 is perfectly integrated with the furnace management software to receive any information on the behavior of the furnace that may have and has consequences on the NOx reduction procedure, including alarms and shutdowns. from the oven. The computer system 40 receives the measurements made by the thermometer 12, the smoke flowmeter 13, the pollutant meter 14, the thermometer 22, and the pollutant meter 35.
Sobre la base de las mediciones anteriores, el sistema informático regula la temperatura de los humos mediante el calentador 20 y la cantidad de introducción de disolución de amoníaco mediante el sistema de distribución 31. Lo anterior se asegura manteniendo bajo control el caudal 13 de los humos y las mediciones de los contaminantes, que se realizan aguas arriba de la planta con el medidor de contaminantes 14 y aguas abajo de la planta con el medidor de contaminantes 35.On the basis of the previous measurements, the computer system regulates the temperature of the fumes through the heater 20 and the amount of introduction of ammonia solution through the distribution system 31. The above is ensured by keeping the flow rate 13 of the fumes under control. and pollutant measurements, which are performed upstream of the plant with pollutant meter 14 and downstream of the plant with pollutant meter 35.
Además, para garantizar una respuesta temporal adecuada a las variaciones cíclicas de los parámetros que afectan al procedimiento de reducción de NOx, el software de gestión es de tipo predictivo.In addition, to guarantee an adequate temporary response to the cyclical variations of the parameters that affect the NOx reduction procedure, the management software is of a predictive type.
En particular, analiza los datos históricos provenientes de los ciclos de calcinación anteriores y representa gráficamente las curvas esperadas de los parámetros individuales para predecir el comportamiento de la planta, reduciendo así la demora de respuesta.In particular, it analyzes historical data from previous calcination cycles and plots the expected curves of individual parameters to predict plant behavior, thus reducing response delay.
A continuación, la curva esperada se compara instantáneamente con los valores medidos por los diversos componentes de la planta y se refina aún más para reducir y maximizar la eficiencia de la planta de reducción de NOx y para minimizar las emisiones residuales a la salida del filtro catalítico.The expected curve is then instantly compared to the values measured by the various plant components and further refined to reduce and maximize plant NOx abatement efficiency and to minimize residual emissions at the catalytic filter outlet. .
En un horno de cal regenerativo de flujo paralelo que para su procedimiento de calcinación alterna cíclicamente la combustión en las dos cubas, se encuentra que los humos a la salida del horno no son uniformes y constantes en el tiempo sino que presentan un patrón cíclico que reproduce el procedimiento alterno de combustión en las dos cubas.In a parallel flow regenerative lime kiln that cyclically alternates combustion in the two vats for its calcination procedure, it is found that the fumes at the kiln outlet are not uniform and constant over time, but present a cyclical pattern that reproduces the alternate combustion procedure in the two vats.
De hecho, la temperatura de los humos a la salida del horno presenta una variabilidad durante el ciclo de operación de entre 80°C y 150°C. Además, a la salida del horno, otros parámetros característicos manifiestan una naturaleza cíclica. Por ejemplo, el caudal de los humos, que es diferente entre el período de combustión y el tiempo de cambio entre las cubas.In fact, the temperature of the fumes at the kiln outlet presents a variability during the operating cycle of between 80°C and 150°C. Furthermore, at the exit of the kiln, other characteristic parameters manifest a cyclical nature. For example, the flue gas flow, which is different between the combustion period and the changeover time between the tanks.
Asimismo la concentración de los componentes que constituyen la mezcla de los humos de escape a la salida del horno, entre los que asimismo se encuentran las concentraciones de NOx, NH3, y O2, varía según los ciclos de funcionamiento del horno regenerativo.Likewise, the concentration of the components that make up the mixture of exhaust fumes at the kiln outlet, among which are also the concentrations of NOx, NH 3 , and O 2 , varies according to the operating cycles of the regenerative kiln.
Para superar la naturaleza cíclica de las temperaturas, el calentador 20 se usa para mantener una temperatura prácticamente constante y superior a una temperatura preestablecida, a saber, superior a 150°C, y en particular superior a 180°C.To overcome the cyclical nature of the temperatures, the heater 20 is used to maintain a temperature substantially constant and above a preset temperature, namely above 150°C, and in particular above 180°C.
El calentador para calentar los humos entra en acción sólo cuando la temperatura de los humos, medida con el termómetro 12, es demasiado baja, es decir, inferior a los valores que aparecen anteriormente, por ejemplo cuando la temperatura es inferior a 150°C. El calentador de humos 20 modula la potencia térmica suministrada en función de la temperatura durante el ciclo para contener los niveles de consumo de combustible utilizado por el propio calentador, y garantizar la temperatura mínima de funcionamiento para la reducción de NOx. The heater for heating the smoke comes into action only when the temperature of the smoke, measured with the thermometer 12, is too low, that is to say, less than the values that appear above, for example when the temperature is less than 150°C. The flue gas heater 20 modulates the thermal power supplied as a function of the temperature during the cycle in order to contain the levels of fuel consumption used by the heater itself, and to guarantee the minimum operating temperature for NOx reduction.
La introducción de la disolución de amoníaco es modulada y monitorizada por el software de gestión de la planta de forma que se suministre por lo menos el caudal mínimo necesario para el procedimiento de reducción de NOx, es decir, sin superar un caudal inferior a 3 l/h, y preferentemente inferior a 5 l/h, conteniendo así los niveles de consumo de NH3 y garantizando un residuo mínimo en los humos a la salida del filtro catalítico, en cumplimiento de las normas que regulan sus emisiones a la atmósfera. El filtro 32 es un filtro de manga, dentro del cual se encuentran instaladas mangas catalíticas, es decir, elementos tubulares que, en el caso que nos ocupa, comprenden una capa exterior y una capa interior que son coaxiales.The introduction of the ammonia solution is modulated and monitored by the plant management software in such a way that at least the minimum flow rate necessary for the NOx reduction procedure is supplied, that is, without exceeding a flow rate of less than 3 l /h, and preferably less than 5 l/h, thus containing the consumption levels of NH 3 and guaranteeing a minimum residue in the fumes at the outlet of the catalytic filter, in compliance with the regulations that regulate their emissions into the atmosphere. The filter 32 is a bag filter, inside which catalytic bags are installed, that is, tubular elements that, in the case at hand, comprise an outer layer and an inner layer that are coaxial.
La capa exterior está constituida por tejido filtrante tradicional, por ejemplo de fibras de aramida, apropiadamente seleccionado en función del combustible introducido en el horno, para capturar la materia en partículas contenida en los humos. En cambio, la capa interior está constituida por un tejido catalítico preferentemente a base de óxido de vanadio (V2O5).The outer layer is made up of traditional filtering fabric, for example aramid fibers, appropriately selected based on the fuel introduced into the furnace, in order to capture the particulate matter contained in the fumes. Instead, the inner layer is made up of a catalytic fabric preferably based on vanadium oxide (V 2 O 5 ).
El gas sucio que contiene materia en partículas se limpia inicialmente por la capa exterior formada por un filtro de membrana altamente eficiente. El gas limpio pasa después donde se encuentra el material catalítico. Cuando la mezcla de gas caliente y amoníaco atraviesa la manga catalítica interior con una velocidad de superficie preestablecida, tiene lugar la reacción catalítica selectiva (SCR) para convertir NOx en gas nitrógeno y vapor de agua. Los gases así depurados salen del filtro.Dirty gas containing particulate matter is initially cleaned by the outer layer formed by a highly efficient membrane filter. The clean gas then passes where the catalytic material is found. When the hot gas and ammonia mixture passes through the inner catalytic sleeve with a preset surface velocity, the Selective Catalytic Reaction (SCR) takes place to convert NOx to nitrogen gas and water vapor. The gases thus purified leave the filter.
Los ensayos realizados en una planta piloto industrial han conducido a las conclusiones que se exponen a continuación.The tests carried out in an industrial pilot plant have led to the conclusions set out below.
Es necesario utilizar una cantidad de disolución de amoníaco inferior a 5 l/h para aumentar la eficacia del catalizador de óxido de vanadio, y los humos deben mantenerse a una temperatura superior a 180°C para aumentar la eficacia de desnitrificación hasta 65%.It is necessary to use an amount of ammonia solution less than 5 l/h to increase the efficiency of the vanadium oxide catalyst, and the fumes must be kept at a temperature above 180°C to increase the denitrification efficiency up to 65%.
Elaborando un balance de amoníaco, se encontró que se había reducido 65% de NOx.Elaborating an ammonia balance, it was found that 65% of NOx had been reduced.
En este caso, la planta presentó una relación estequiométrica entre NH3 y NOx reaccionado que era en promedio 1.3, con un residuo de amoníaco en el cañón de chimenea inferior a 1 mg/Nm3.In this case, the plant presented a stoichiometric ratio between reacted NH 3 and NOx that was on average 1.3, with a residue of ammonia in the chimney of less than 1 mg/Nm 3 .
La comprobación del amoníaco residual es fundamental para una correcta eficiencia de la desnitrificación. Checking residual ammonia is essential for correct denitrification efficiency.
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